DE4437475C1 - Vorrichtung zum Messen der Koagulationseigenschaften von Test-Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß den Oberbegriff des Patentanspruches 1, welcher nach der DE 27 40 932 B2 gebil­ det wurde.

Vorrichtungen zum Messen der Koagulationseigenschaften von Test-Flüssigkeiten sind aus der DE-PS 8 45 720 und der DE 76 16 452 U1 bekannt. Bei diesen Vorrichtungen ist ein Stab an einem Torsionsdraht frei hängend aufgehängt und an seiner Unterseite mit einem Stempel versehen, der zum Zwecke der Mes­ sung der Koagulationseigenschaften einer Test-Flüssigkeit in eine die Test-Flüssigkeit aufnehmende Küvette eingetaucht wird. Üblicherweise befinden sich in der Küvette 0,36 ml einer Test-Flüssigkeit, beispielsweise Blut. Während der Messung wird die Küvette in einer Sinusbewegung um 4,75° nach rechts und links gedreht, wobei eine Periode 10 sec. beträgt. Die Küvette hat üblicherweise einen Durchmesser von 8 mm, der Stempel einen Durchmesser von 6 mm. Die Messung basiert darauf, daß die Drehung der Küvette nicht auf den Stempel übertragen wird, solange keine Verbindung zwischen Stempel und Küvette vorhanden ist. Wenn sich eine Verbindung, zum Beispiel mittels Netzwerken von Fibrinfäden und Blutplättchen, bildet, folgt der Stempel mehr und mehr der Rotationsbewegung der Küvette. Das sich bildende Netzwerk versucht einem Auslenkwinkelunterschied zwischen Stempel und Küvette entgegenzuwirken. Dadurch wird ein Drehmoment von der Küvettendrehung auf den Stempel übertragen, und zwar in um so höherem Maße, je stärker das Netzwerk zwischen Stempel und Küvette ausgeprägt ist. Dagegen wirkt der Torsionsdraht einer Auslenkung der Stempels aus seiner Nullposition entgegen. Es stellt sich mithin ein Momentengleichgewicht zwischen dem Rückstellmoment des Torsionsdrahtes und dem auf den Stempel wirkenden Drehmoment ein, wobei Trägheitskräfte sowie viskose Kräfte zu vernachlässigen sind, da die Bewegungen sehr langsam ablaufen. Die Amplitude der Stempelbewegung stellt also ein Maß für die Stärke des sich bildenden Netz­ werkes bzw. Gerinnsels dar. Die Amplitude wird genau gemessen und als Funktion der Zeit aufgetragen. Bei der nach dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung hängt der Stempel wie ausgeführt über den zugehörigen Stab frei am Torsionsdraht, welcher das oben benannte Rückstell­ moment ausübt. Damit ergibt sich eine hohe Empfindlichkeit gegen Vibration und Translationsbewegungen am Meßgerät, die die Messungen verfälscht und der man dadurch entgegenzuwirken versucht, daß der Stab seitlich abstre­ bende Flügel aufweist, die in eine mit Öl gefüllte, gekam­ merte Wanne abgesenkt werden. Wie in der DE 76 16 452 U1 ausgeführt, ist die Empfindlichkeit gegenüber Störeinflüssen trotz der Einrichtung der genannten Ölwannen und Flügel so hoch, daß eine optische Abtastung des Dreh­ winkels des Stempels mit den bekannten Vorrichtungen gestört ist. In der genannten Anmeldung wird ein aufwendi­ ger induktiver Differential-Transformator-Winkelgeber beschrieben, der Signalstörungen durch nicht rotationsbedingte Bewegungen des Stempels verringern soll.

Die bekannten Vorrichtungen bestehen aus einer Vielzahl von in­ dividuell gefertigten Teilen, sind damit kostenintensiv, wei­ terhin empfindlich gegen Stöße, weil das Meßsystem jeweils frei hängt. Außerdem sind die bekannten Vorrichtungen umständlich zu bedienen, da die Öl enthaltenden Kammern gefüllt werden müssen und die Systeme exakt in der Waage zu stehen haben. Der Trans­ port einer derartigen Vorrichtung ist äußerst umständlich, ins­ besondere müssen die Öl enthaltenden Kammern vorher entleert werden und vor erneutem Betrieb wieder gefüllt werden.

Aus der GB 1353 481 sind weitere Vorrichtungen zur Messung der Koagulationseigenschaften von Blutproben bekannt.

Auch aus der DE 27 40 932 B2 ist eine Vorrichtung zum Messen der Koagulationseigenschaften von Test-Flüssigkeiten bekannt. Die mechanische Führungseinrichtung ist dabei als Rahmen ausge­ bildet, der auf einem Lagerstift drehbar gelagert ist. Mit der oberen Seite des Rahmens ist ein Eisenkern fest verbunden, der einem einstellbaren Magnetfeld ausgesetzt ist. Wird der mit dem Rahmen verbundene Stempel ausgelenkt, so wird über den Rahmen auch der Eisenkern ausgelenkt und damit wird eine federnde Rückstellwirkung erzeugt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Vor­ richtung dahingehend zu verbessern, daß sie stabiler und unemp­ findlicher sowie einfacher herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Ausgestaltungen der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Bei der Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 ist ein mechanisches Führungssystem vorhanden, welches die Freiheitsgrade des Stem­ pels auf eine Rotation um die Vertikale begrenzt.

Die Vorrichtung gewährleistet eine nahezu reibungskraftfreie Funktion des mechanischen Führungssystems, vorzugsweise in Form eines Kugellagers. Dadurch ist auch zu dem Zeitpunkt eine exak­ te und fehlerfreie Bewegung des Stempels möglich, an welchem das Blutgerinnsel nur eine äußerst geringe Kraft auf den Stem­ pel überträgt. Dies ist überaus bedeutsam, da ein wichtiger Pa­ rameter derartige Vorrichtungen, insbesondere bei der Anwendung in der Thrombelastographie, die Reaktionszeit ist, das heißt die Zeit vom Beginn der Mes­ sung bis zu dem Zeitpunkt, an welchem der Stempel ca. 1/100 der Küvettenbewegung von 4,75° entsprechend weniger als 3 Bogenminuten, vollführt. Somit ist eine exakte Messung der Bewegung des Stempels bereits bei sehr kleinen Winkeln bzw. sehr kleinen Kräften gesichert. Der Aufbau der Vorrichtung selbst im Bezug auf die Führung des Stempels ist einfach, mit wenig Aufwand verbunden und störunanfällig.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Meßvorrichtung anhand der Zeichnungen beschrieben:

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung von Welle und mechanischer Führungseinrichtung, von vorne gesehen,

Fig. 2 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung als Rückansicht,

Fig. 3 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung, von unten gesehen,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Teiles der Vorrichtung,

Fig. 5 eine perspektivische Teildarstellung einer Meßstation.

Der Vorrichtung zugrunde liegt eine Abtastmechanik mit mechanischer Führungseinrichtung und geführter Welle 1 gemäß den Fig. 1-3.

Am unteren Ende der Welle 1 ist ein nicht dargestellter Kunststoffstempel angehängt, der bei der Messung in das Blut eingetaucht ist. Gemäß den Fig. 1 bis 3 sitzt die Welle 1 drehfähig in der mechanischen Führungseinrichtung 3. Diese Führungseinrichtung ist als Wälzlager, vorzugsweise als Kugellager ausgebildet. Dieses soll möglichst reibungsfrei arbeiten. Ein Kugellager, z. B. Rillenkugellager mit geringem Durchmesser, beispielsweise 3 mm Durchmesser, eignet sich hier besonders zum Einsatz. Mit der Welle 1 verbunden sind der am unteren Teil der Welle angehängte Stempel (nicht dargestellt, vgl. Fig. 5), eine Einrichtung zur Winkelabtastung, beispielsweise in Form eines Spiegels 5, der bei einer bevorzugten Ausführungsform entsprechend den Fig. 1 bis 3 an dem oberen Ende der Welle 1 angeordnet ist, eine Ein­ richtung zur Erzeugung eines Rückstellmoments, vorzugsweise in Form einer Spiralfeder 4 und der rotierende Teil des Kugellagers 3. Diese Teile drehen sich während der Messung mit der Welle und besitzen zusammen mit der Welle, um eine möglichst reibungsfreie Drehung zuzulassen, eine äußerst geringe Masse, vorzugsweise weniger als ein Gramm.

Das Kugellager ist in eine Scheibe 2 oder Platte einge­ setzt.

Soweit eine Spiralfeder 4 zur Erzeugung eines Rückstellmo­ mentes in Bezug auf die Welle 1 vorhanden ist, ist ein Ende der Spiralfeder fest mit der oberen Hälfte der Welle 1 ver­ bunden, wie Fig. 2 zeigt, während das andere Ende der Spiralfeder 4 gegenüber der Platte oder Scheibe 2 fixiert ist.

Die Spiralfeder 4 liegt vorzugsweise in einer Ebene ober­ halb und parallel zum Kugellager 3. An der Scheibe oder Platte 2 sind Befestigungsmittel 6 vorgesehen, in welche das eine Ende der Spiralfeder 4 fest eingesetzt wird, z. B. in Form eines Haltenockens oder -zapfens. An der Welle 1 ist zum Beispiel ein Schlitz zur Aufnahme des anderen Endes der Spiralfeder 4 ausgebildet.

Aus Fig. 3 wird der Einsatz des Kugellagers deutlich, wäh­ rend Fig. 1 und 2 die Anwendung einer Spiralfeder 4 veran­ schaulichen, welche gegenüber der Welle 1 ein Rückstell­ moment ausübt.

Der Spiegel 5 ist derart in die Welle 1 eingesetzt, daß er durch einen Abtaststrahl über die aktuelle Drehung der Welle 1 eine Information liefert. Am oberen Ende der Welle 1 ist gemäß Fig. 1 hierfür ein Teil der Welle 1 abgefräßt.

Mit der auf diese Weise gebildeten Stufe 1a als untere Auf­ lage nimmt die Welle 1 den Spiegel 5 gemäß der Fig. 1 auf.

Die Welle ist relativ kurz im Vergleich zu den beim Stand der Technik verwendeten Stäben, besteht aus leichtem Mate­ rial wie beispielsweise Aluminium oder Keramik oder der­ gleichen. Die Welle 1 wird vorzugsweise etwa in der Mitte Ihrer Länge von dem Kugellager 3 geführt.

Zur Gewährleistung einer möglichst geringen Masse des vor­ stehend erläuterten rotierenden Systems, wird der Drehwin­ kel der Welle über den Spiegel 5, vorzugsweise einen klei­ nen Planspiegel, abgetastet. Die Abtastung erfolgt vorzugs­ weise mittels eines kollimierten, idealerweise strichförmi­ gen Lichtstrahls unter Verwendung eines Plan- oder Konkav­ spiegels 5 und einem CCD-Zeilensensor.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, wird eine nichtkollimierte Lichtquelle, z. B. in Form einer Diode, als Strahlenerzeuger eingesetzt und als Spiegel 5 ein Planspie­ gel, der zum Teil mit einer undurchsichtigen Folie 5a beklebt ist. Der Rand zwischen spiegelnder Fläche 5b und nicht spiegelnder Fläche 5a wird an dem CCD-Zeilensensor äußerst genau und rauschfrei abgebildet und der entspre­ chende Winkel nach Abtastung des CCD-Zeilensensors vorzugs­ weise unter Einsatz einer entsprechenden Software berechnet.

Die in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Einheit weist eine äußerst einfache Konstruktion auf, erfordert wenig Teile, wobei Standardkomponenten, das heißt Kugellager, und einfache individuelle Teile, wie Spiralfeder, rechteckiger Spiegel, usw. verwendet werden können, was den kostenmäßigen Auf­ wand erheblich reduziert und die Zuverlässigkeit des gesam­ ten Systems maßgeblich verbessert.

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Teilansicht einer bevor­ zugten Ausgestaltung der Vorrichtung.

Die Meßeinheit besteht dabei aus einer als Abtastzylinder bezeichneten abnehmbaren Ein­ heit 7 und einem fest an der erfindungsgemäßen Vorrichtung fixierten Gegenstück 8.

Die gesamte Vorrichtung besitzt vier Meßeinheiten, von denen in Fig. 4 zwei komplett dargestellt und mit 7₁, 8₂ bzw. 7₂, 8₃ bezeichnet sind. Die Abtastzylinder 7 enthalten die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Meßmechanik und können in noch zu beschreibender Weise auf die Gegenstücke 8 aufgesetzt werden und gegenüber den Gegenstücken 8 in eine Beschickungsposition und eine Testposition verdreht werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform stellen die Gegenstücke 8 mit den Abtastzylindern 7 eine Verschlußeinheit dar, die einen Bajonettverschluß ergibt.

Die Basis 9 stellt einen mittels einer Steuerung thermosta­ tisch geregelt auf 36,5° beheizten Block dar, der vorzugs­ weise aus Aluminium besteht.

Jedes Gegenstück 8 nimmt in seiner Mitte die Küvettenaufnahme 11 auf. In die Küvettenaufnahme 11 wird die Küvette eingelegt, in welche die zu untersuchende Flüs­ sigkeit, vorzugsweise Blut, eingebracht wird. Die Küvetten­ aufnahmen 11, und mit ihnen die Küvetten, werden auf kon­ ventionelle Weise in einer Sinusbewegung um 4,75° nach rechts und links gedreht. Die Küvettenaufnahmen stehen in Kontakt mit der Basis 9 und werden mittels dieser passiv beheizt.

In die Küvettenhalterungen werden, vorzugsweise im offenen Zustand gemäß Fig. 4 (Gegenstück 8₁ und 8₄), die Küvetten und Testflüssigkeiten eingebracht.

Um den in den Fig. 1 bis 4 nicht dargestellten Stempel aus­ tauschen zu können, wird der mit 7 bezeichnete Abtastzy­ linder abgenommen. Zur Einleitung der Messung wird der Abtastzylinder 7 auf das Gegenstück 8 aufgesteckt, wobei der Stempel in die in der Küvette befindliche Testflüssig­ keit eintaucht.

In der Perspektivansicht nach Fig. 4 ist der Abtastzylinder 7₂ in der Beschickungsposition dargestellt, d. h. der Ab­ tastzylinder 7₂ ist gegenüber dem Gegenstück 8₃ so ver­ dreht, daß eine Sichtkontrolle der Probe möglich ist, sowie das Abdecken der Probe mit einem Tropfen Öl, um ein Aus­ trocknen der Probe während der Messung zu vermeiden.

Der Abtastzylinder 7 läßt sich aus der Beschickungsposition gegenüber dem Gegenstück 8 dahingehend verdrehen, daß das an dem Abtastzylinder ausgebildete Fenster 7a₂, direkt vor einem mit 10 bezeichneten Fenster in der Gehäuserückwand steht. Dies ist die Testposition gemäß Gegenstück 8₂ und Abtastzylinder 7₁. In dieser Position ist der Durchgang eines Lichtstrahles oder dergleichen von einem Strahlenerzeuger hinter dem Fenster 10 zu dem Spiegel an der Welle im Abtastzylinder 8 und zurück in das Gehäuse­ innere möglich. Im Gehäuseinneren ist der CCD-Zeilensensor für eine Abtastung des vom Spiegel zurückgeworfenen Licht­ strahles unterbracht.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil dieser Vorrichtung ergibt sich dadurch, daß sämtliche Abtastzylinder 7, sowie Küvettenhalterungen 11 auf einer gemeinsamen beheizten Basis 9 angeordnet sind und damit passiv beheizt werden.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Vorrichtung ergibt sich dadurch, daß durch die Fixierung der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Einheit in dem Abtastzylinder 7, die Entfernung der Welle 1 mit Stempel aus der Küvette auf ein­ fache Weise manuell bewerkstelligt werden kann und eine aufwendige Mechanik zum Heben/Senken der Meßmechanik entfällt.

Das vorstehend erläuterte Abtastsystem mit Spiegel 5 und entsprechenden Lichtstrahlen kann auch durch andere Abtast­ systeme ersetzt werden.

Fig. 5 zeigt Einzelheiten des Abtastzylinders 7 und des Gegenstückes 8.

Jede als Abtastzylinder bezeichnete Einheit 7 besteht aus zylindrischen Teilen 7a und 7b. Der obere Zylinder 7a besitzt an seiner oberen Seite einen Griff 7a₁ und ist vor­ zugsweise aus Kunststoff hergestellt. Der Zylinder 7a ist innen hohl ausgebildet und besitzt seitlich ein Fenster 7a2, das in der Testposition gegenüber dem Fenster 10 (Fig. 4) ausgerichtet ist.

Der untere Zylinder 7b besitzt zwei seitliche teilkreis­ förmige Wände 7b₁ und zwei entsprechende Öffnungen 7b₂. Oberhalb der teilkreisförmigen Wände 7b1 besitzt der Zylin­ der 7b die Scheibe 2, in die gemäß den Fig. 1 bis 3 das in Fig. 5 nicht dargestellte Kugellager mit geführter Welle 1 eingesetzt ist. Oberhalb der Scheibe 2 ragt der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte obere Teil der Welle 1 mit Spiralfeder 4 und Spiegel 5 in den oberen Zylinder 7a hinein. Zwischen den teilkreisförmigen Wänden 7b₁ ragt die Welle 1 mit dem an ihrem unteren Ende angehängten Stempel 13 hervor. Der Stempel ist aus Kunststoff oder dergleichen hergestellt und ist bei Betrieb in die Küvette eingeführt. Der untere Zylinder 7b ist vorzugsweise aus Aluminium hergestellt, wodurch er gemäß der Fig. 4 die Wärme von der thermostati­ sierten Basis 9 aufnimmt und passiv beheizt wird.

Das in Fig. 5 dargestellt Gegenstück 8 ist ebenfalls zylin­ drisch und weist einen Außendurchmesser auf, der dem Innen­ durchmesser des Abtastzylinders 7 entspricht, so daß der Abtastzylinder 7 auf das Gegenstück 8 aufgesteckt werden kann. Dabei wird der an den teilkreisförmigen Wänden 7b1 des Abtastzylinders 7 befestigte Stift 12 durch den Schlitz 8b in die Ringnut 8c des Gegenstückes 8 eingeführt. Der Abtastzylinder 7 kann in der aufgesteckten Position gegen­ über dem Gegenstück 8 verdreht werden. Die Position, in der die am Gegenstück 8 ausgebildeten teilkreisförmigen Wände 8a hinter den am Abtastzylinder 7 ausgebildeten teilkreis­ förmigen Wände 7b₁ stehen und somit von diesen verdeckt werden, ist die Beschickungsposition. In dieser Position besteht freie Sicht auf die Probe. Durch eine Drehung um 90° wird der Abtastzylinder in die Testposition gebracht, wobei der Verschluß zwischen Abtastzylinder und Gegenstück in einer exakten Position einrastet. In dieser Position stehen die teilkreisförmigen Wände 7b₁ und 8a auf Lücke, d. h. jeweils nebeneinander, und schließen das Luftvolumen zwischen Abtastzylinder und Gegenstück weitgehend ab, so daß ein Abkühlen der Testflüssigkeit während der Messung durch Konvektion oder Zugluft verhindert wird. Eine Abkühlung der Testflüssigkeit während der Messung würde die beispielsweise während der Blutgerinnung ablaufenden Prozeße verlangsamen und das Ergebnis der Messung verfälschen. Das Gegenstück 8 ist vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt. In seiner Mitte besitzt das Gegen­ stück 8 eine kreisrunde Aussparung 8d, die die in Fig. 4 dargestellte Küvettenaufnahme 11 aufnimmt.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Messen der Koagulationseigenschaften von Test-Flüssigkeiten, insbesondere von Blutproben, mit minde­ stens einer Küvette, die über einen vorbestimmten Winkelbe­ reich in zueinander entgegengesetzten Richtungen drehbar an­ geordnet ist und eine Test-Flüssigkeit enthält, mit einer Dreheinrichtung zum Drehen der Küvette nach recht und links um den vorbestimmten Winkelbereich,
mit einem drehbar angeordneten Stab, an dem ein Stempel zur Kontaktierung der Test-Flüssigkeit befestigbar ist, mit einer Einrichtung zur Abtastung der Drehbewegung des Stabes, wobei
der Stab als Welle ausgebildet ist, die in eine mechanische Führungseinrichtung eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (1) in der mechani­ schen Führungseinrichtung (3) nahezu reibungskraftfrei drehbar ist,
daß die mechanische Führungseinrichtung (3) als Wälzlager ausgebildet und in eine Scheibe (2) oder Platte eingesetzt ist, welche zusammen mit der Welle (1) und dem Stempel (13) relativ zur Küvette in Vertikalrichtung verlagerbar ist,
daß zur Erzeugung eines Rückstellmoments eine zwischen der Welle (1) und der Scheibe (2) oder Platte angeordnete Feder (4) vorhanden ist, wobei die Feder (4) mit der Scheibe (2) oder Platte und mit der Welle (1) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wälzlager ein Kugellager ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (4) eine Spiralfeder ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (1) an ihrem oberen Ende einen Einschnitt zur Aufnahme eines Spiegels (5) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (1) aus Aluminium besteht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende der Spiralfeder fest mit der Scheibe (2) oder Platte und das andere Ende fest mit der Welle (1) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (5) ein Plan- oder Konkavspiegel ist.